JPS60155894A - 製氷による熱エネルギ−貯蔵方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｕ産業上の利用分野］ 本発明は、冷＋；ｎの方法および冷却用装置に関づ−る
。特に本発明は、氷スラリーまたは氷スラッシコの形で
冷ム１１容ｉ’Ａ　＜’ｉいし熱エネルギーを貯蔵し、
空気調節おＪ、び冷却や冷凍を必要どする工業設備など
のあらゆる冷１（Ｉ出目的に利用するための斬新４「装
置ど方法に関ザる。

［発明の背躇］ Ｊ業ｉｉＱ尚の冷却ヤ）冷凍、事務所用ビルお。ｌこび
一１葉プラン（〜の中央η′気調和（ユ、これに必要イ
を冷凍プラントを運Φ云りるために（昂の電気エネルギ
ーを必要とし、通常月曜から金目υＪ：でのぽぽ午前９
時から′ｒｉ１ｏ時に↑ろピーク期間中に（１３いて■
！力会７１に対する需要を増大づる。電力会ネＩはこの
需要に児合う十分な発電容量を供給する必要がある。こ
れには設備および機器に対する多額の資本投資が必要だ
が、これら設備は、暑い気象時の１］中しか完全稼（動
されイ１い。夜Ｕηおよび週末はピーク外需要期間Ｃ゛
あり総発電容量のわずか（〕か使用されない。さらに狂
間の春期および秋期の涼しい目し発電容量の使用はわず
かである。

電力のより良い均一な需要を１ｔｆ進りるために、多く
の電力会社はピーク外期間に使用される電力について割
引料金を徴１１ソしている。このため、商工業界では割
引料金を利用Ｊ−る目的Ｃ１また不必要な発電ブラン１
へ４追加建造づることにより将来電力１’ｌ金が値−Ｌ
すするのを最小にするために、あるいは少イＴ　＜ども
発電プラン１〜の増設を遅ら号」、うとしで、できるだ
Ｃ）電力消費をピーク外期間にずらＪようイ丁方沫をめ
てさた。

冷凍負荷または空調負荷をピーク期間からピーク９１期
間に移ＩＬれば、多大の電力節約が実現でさることが認
められていた。これを行うために冷凍プラントをピーク
外期間に運転し冷Ｉｆｆ水または氷を製造して貯蔵する
ことが捉案されてきた。ピーク期間中に前記冷却水ない
し氷を冷却用に使用するのである。冷ノｎ水よりも氷の
方が単位容積当りの冷却能力が大きいので（比率的７：
１）、本目的用の製氷設備の商用化が注［１されていた
。

［従来の技術］ 従来、水を溜めるタンクと当該タンクを通過する様々の
形状と配置の小さなパイプとから成る製氷機が多くの設
備で使用されてきた。液体冷媒が前記小さなパイプを通
って供給される。当該冷媒が水から熱を吸収Ｍるど、各
パイプ」二に約１−３インチの氷の層が形成される。こ
のようにして、ピーク外明間中に氷が製造される。

４− 氷に蓄積された冷却エネルギーを使用しＪ、うどする詩
（，１、タンクを通して水流を供給し、氷との熱交換に
より当該水を冷却りる。冷ム１１された水は、タンクか
ら取り出され熱交換器に）Ｘられて冷却や建物の空調ま
た（よ他の冷却用に供される。この結果できる温、ｌニ
ー、）た水は、タンクに戻され氷と接触して再度冷却さ
れる。このシステムは、すべての氷が融解するまで冷Ｊ
Ｊ１を続（Ｊる。

［発明が解決しようどする問題点］ 前記形式の製氷機は、組立および運転が高価である。ま
たパイプの修理点検が容易でない。さらにパイプの氷層
の厚さが増ずので、水と冷媒との熱交換が氷の断熱効果
により減少する。また所望量の氷の製造に必要な冷却を
得るために、パイプの熱交換表面を非常に人ぎくしなけ
ればならない。

以上の如く、ピーク外負荷中や所望ならピーク負荷中で
も（：ｆぼ一定の効率で運転で゛ぎるような代替の除用
装置および方法の必要性があることが明らかである。

［問題点を解決ゴるための手段］ 本発明の第１の側面は、氷貯蔵タンクから水性液体を取
り出し凍結熱交換器に供給して冷媒どの間接的な熱交換
ににって当該水性液体の少なくとし一部を氷に変換し、
前記凍結熱交換器から前記氷貯蔵タンクに水性液体と氷
の混合体を送り込んで氷スラリーと水性液体とを前記氷
貯蔵タンクに供給し、前記氷貯蔵タンクから冷えた水性
液体を取り出し熱交換器に供給して冷却用に使用される
流体ど間接的に熱交換を行ない、前記氷貯蔵タンクの熱
交換器から流出覆る温まった水性液体を送って氷との接
触により当該水性液体を冷却するようになっている方法
を提供するものである。

氷貯蔵タンクから取り出される水性液体は、所望により
さらに氷をり１造するめだに凍結熱交換器に再循環づる
ことがて゛きる。

本発明に使用される凍結熱交換器は、水性液体が下刃に
管内部を流れることにより冷ｌＪＩされ氷が製造される
Ｊ、うな、垂直管付多管円筒形凍結熱交換器とすること
ができる。このような凍結熱交換器で得られる氷は、小
さな結晶の形状となってａ３す、水性液体とともに容易
に流れる。

特に、本発明に使用される凍結熱交換器は、水性液体の
膜が下方に管内を流れることにより冷却され氷が製造さ
れるにうな、垂直多管円筒形流下液膜式凍結熱交換器ど
Ｊることができる。適切な凍結熱交換器の１つは、米国
特許４，３３５．５８１に開丞されでいる。

本発明の実施に当つ−Ｃ１凍結熱交換器、氷貯蔵タンク
おＪ：び熱交換器に供給される水Ｊｒ！［液体は、共通
の水性液体として当該水ｔ４液体間で直接接触しまたは
相Ｈ連絡することが望ましい。

場合によっては、本発明の実施に当つ−Ｃ１凍結熱交換
器か収容タンクに水性液イホと氷の混合体を供給し、次
に収容タンクから凍結熱交換器に水性液体と氷の混合体
を循環してさらに氷を製造する。

また収容タンクから氷スラリーを取り出しＣ１氷貯蔵タ
ンクにυ（給することができと）。氷貯蔵タンクの上部
に凍結熱交換器を設置ＪることにＪ、って、当該タンク
氷貯蔵タンクおＪ：び収容タンクとして機能づるこがで
きる。

７− 氷貯蔵タンクに液体と氷の混合体を供給してから、水性
液体の低層の上に氷スラリーが層として形成される。当
該水性液体は、氷貯蔵タンクから凍結熱交換器に再循環
され、さらに氷を作ることができる 本発明の実施に当り、電動］ンプレッサーを有し電力使
用のピーク外期間中に運転れる冷凍手段によって冷媒液
体を冷却覆る場合は、氷貯蔵タンクから水性液体を取り
出し凍結熱交換器に送ってまず当該水性液体の少なくと
も一部を氷に変換することが望ましい。

また本発明は、凍結熱交換器に熱交換器から流出する調
った水性液体の一部を送って冷えた水性液体を作り、氷
貯蔵タンクに当該冷えだ水性液体を直接法つ−Ｃさらに
冷ムロするか又は熱交換器に送るようにしてピーク負荷
冷却期間中に装置を使用づる方法も可能となるものであ
る。この方法により当該装置は、冷却装置としても使用
できる。

本発明の第２の側面は、水性液体供給流入口と水ｆ１液
体流出口とを有する凍結熱交換器、前記凍８− 結熱交換器に冷奴を供給し、て当該凍結熱交換器に送ら
れる水子１１液体を間接的に冷却するための閉じたルー
プの冷凍手段、氷貯蔵タンク、前記凍結熱交換器から氷
と水性液体の混合体を取り出して前記氷貯蔵タンクに送
る手段、前記氷貯蔵タンクから冷えた水性液体を取り出
し熱交換器に供給して冷却用に使用された流体を冷却す
る手段、および前記熱交換器から渇よった水性液体を取
り出し前記氷貯蔵タンクまたは前記凍結熱交換器ないし
部分的に当該氷貯蔵タンクおよび凍結熱交換器の両方に
供給Ｊ”る手段から成っている装置Ｇを提供するもので
ある。

前記装置は氷貯蔵タンクから水性液体を取り出して凍結
熱交換器にＪ’ｉるための手段も右Ｊることが望ましい
。

特に本発明は、水性液体供給流入［］と水ｆ１液体流出
口とを右する多管円筒形凍結熱交換器、前記凍結熱交換
器に冷媒を供給して当該凍結熱交換器に送られる水性液
体を間接的に冷却するための閉じたループの冷凍手段、
凍結熱交換器出口からの氷と水性液体どの混合体を収容
器るための収容タンク、前記１［７容タンクから水Ｐ１
液体を取りだｌ）で凍結熱交換Ｈ人［］に送る手段、氷
貯蔵タンク、前記収容タンクから氷スラリーを取り出し
て前記氷貯蔵タンクに送る手段、前記氷貯蔵タンクから
冷えに水性液体を取り出し熱交換器に送って冷却用に使
用される流体を冷却する手段、および前記熱交換器から
淘Ｊニー、）た水性液体を取り出して前記氷貯蔵タンク
または前記凍結熱交１！ｉ！！器ないし部分的に当該水
貯蔵タンクおよび凍結熱交８！！器の両方に供給Ｊるだ
Ｉこめの手段から成っている装置を提供するものである
。

さらに本発明は、水↑ｊｌ液体供給流入口と水性液体流
出口とを右する多管円筒形凍結熱交換器、前記凍結熱交
換器の胴側に冷媒を供給Ｊるための閉じたループの冷凍
手段、前記凍結熱交換器出口からのΔ（と水性液体どの
混合体を収容づ−ための収容タンク、前記収容タンクか
ら水性液体を取り出して前記凍結熱交換器入口に供給す
るための手段、氷貯蔵タンクであ当該タンクの底部の水
性液体層の上に氷スラリー層を浮かせるようにｔＪ−っ
ている当該タンク、前記収容タンクから氷スラリーを取
り出して前記氷貯蔵タンクに供給するた砧の氷スラリー
を取り出１）Ｃ前記氷貯蔵タンクに供給するための手段
、前記氷貯蔵タンクから水性液体を取り出して１１４記
凍結熱交換器入［＝１に供給Ｊるための手段、前記氷貯
蔵タンクの底部から冷えた水ｆｆ　：Ｉ’ｊ。

体を取り出し熱交換器に送・ンで冷却用に使用される流
体を冷ＩＪ１１ろｌこめの手段１．ｊ′３よび？＋ｒｔ
記熱交換器から温まった水ｆＩｔ液体を取り出して前記
３１（貯蔵タンクまた（ｉ前記凍結熱交換器ない１］部
分的に当該氷貯蔵タンクおよび凍結熱交換器の両方に供
給するための手段から成っている装置を１足供するもの
である１゜ 本装置ａ’３　Ｊ、’び本方法の実施に当っては、あら
ゆる種類の適当な冷媒が使用できる。冷媒は、低温Ｊタ
ノールまたは水Ｐ１グリコール溶液等のｊ；うに周囲温
度において液体であるものとづ−ることができる。３１
：た冷媒は、アンモニアまたフレオン商標冷媒のように
周囲温度において気体であるものど１１− −づ゛ることもできる。

水芸ｒｍ　ａ３Ｊ、ひ本方法においては、ブライン（水
に塩化ナトリウムを加え他のＦ！！（Ｈ物を添加したも
の或いは他の無機物は無添加のもの）、水ど液体グリロ
ール、１２１に］］ニブーレングリ］−ルまＩこは他の
水付溶液との混合体等の数多くの水性液体が使用できる
。ブライン（、Ｊｌ、形成される氷が好ましい結晶用法
を右し、良好に流れ、氷を通過するブラインの初出が迅
速なので、水性液体どして現在最適の選択である。

［実施例］ 合理的で実際的イｌ目において、図面の各図中に示され
る同一イテいし類似要素′Ａ８たは部品は同一？Ａ号が
ｆマｌされる、。

第１図におい−Ｃ，凍結熱交換器１ｏは米国特許４．２
３，４３６に開示されているような垂直多管円筒形流下
液膜式のものである１、凍結熱交換器１０の胴側（１１
、閉じたループの冷凍系統１２により冷却される。アン
モニア等の気体冷媒は、導管１／ｌにより凍結熱交換器
１０の胴側かへ取り出さ　１２− れ、モーター１８に」、り駆動される二１ンブレッザー
１６に供給される３、圧縮された冷媒は、コンプレツサ
ー１６から導管２０を通って凝縮器２２に送られる。液
体冷媒は導管２３により凝縮器２２から取り出され、冷
媒収容器２４にｊＸられ、導管２５により膨脹分２６に
送られ、導管２８に膨＋１１Ｈして凍結熱交換器１０の
胴側に送られる。

ブラインは導管５０により凍結熱交換器１０の上部に供
給され、下降薄膜として管内部表面を流下する。ブライ
ンは管内を流下覆るに従って冷却され、ブラインと氷と
の混合スラリーは、凍結熱交換器１０から収容タンク３
２に出口３０を通って流れる。収容タンク３２に集めら
れたスラリーは、導管３／Ｉによって取り出され、ポン
プ３６に供給され、導管３８に送られ、氷貯蔵タンク／
ＩＯの上部に供ｌｉｌ′ｉされる。収容゛タンク３２の
下部にあるブラインは、導管４６にΔこり取り出され、
ポンプ／１８に供給、され、導管５０に送られて凍結熱
交換器１０の上部に供給される。

製氷中、１ラインは導管５２により氷貯蔵タンり／ＩＯ
から取り出され、収容タンク３２に供給されて凍結熱交
１！２！器１０を通って再循環される。または、導管５
２から導管５４にブラインを送り、導管／１６にｊスつ
−Ｃポンプ／ｌ−８に供給し、導管５０によって凍結熱
交換器１０に再循環することもできる。

ｎｔｆ記製氷方法（ま、所望に応じて連続することがで
きるが、通常は氷が氷貯蔵タンクの約１／２から３／／
Ｉ４！：満たし残りが液体どなるまで運転覆る。

経済的な製氷のために、電気利金が最低の時、すなわち
一般的に日曜から木曜の午後１０から翌朝９時まで、お
よび週末の金曜午後１０時から日曜夜までのピーク外期
間に製氷運転Ｍる。当然のこと＜ｉから、ピーク外期間
は、場所および周囲条イ１に！［イｊされる。

氷の形で蓄えられている冷却容量を冷却用に使用づる場
合は、氷貯蔵タンク４０から導管５８にＪ、って冷えた
ブラインを取り出してポンプ６０に供給づる。冷えたブ
ラインは、ポンプ６０により導管６２に送られ、熱交換
器６４に供給され、当該熱交換器に導管６Ｇを通って供
給される温かい液体を間接的に冷２ＪＩ　Ｌ、当該液体
は冷えた流体として導管６８から取り出される。この結
果ブラインは氾かくなる。温Ｊ：ったブラインは氷の間
を流れながら氷に熱を移行して冷え、その結果氷を解か
づ。このシステムは、氷が氷貯蔵タンクにある限り運転
を継続りることができる。タンク中の冷却用水♀は、所
望冷却期間に見合うことが望ましい。

第２図は、本発明に基づく装置の第２実施例を示す。こ
の実施例において、冷えた流体は熱交換器６４から導管
６８により取り出され、設備８０内のコイル７８に供給
され必要な冷ム０を提供する。

温まった液体は、］コイル８から導管６６にＪ、り取り
出され、熱交換器６／１１こ）スられで前記通り再度冷
却される。

第２実施例における氷貯蔵タンク４０のＮ１法は、設備
８０の全冷却負荷を供給するのに不−１分なものでもよ
い。イれでｂ当該装置は次のよう４Ｊ一方法により、必
要な冷却を提供りるように使用覆るこ１５− どができる。導管７０内の温Ｊ：つたブラインの全部ま
たは一部は、導管９０に供給され、凍結熱交換器１０の
頂部に送られる。ブラインは、運転中の前記凍結熱交換
器を流れながら、氷を形成せずに冷却されることができ
る。冷えたブラインは、前記凍結熱交換器から導管３０
により取□り出され、収容タンク３２に供給される。冷
えたブラインは、収容タンク３３２から導管１００によ
り取り出され、氷貯蔵タンク４０の底部に供給される。

冷えたブラインは、導管５８によりタンク４０から取り
出されポンプ６０により導管６２に送られて熱交換器６
４に供給され、前記通り冷却用に使用される。

前記冷えたブラインの製造およびその冷却への使用は、
電力負荷ピーク外明間中でもよい。

前記詳細説明は、理解を明確にするためにのみ１ｊわれ
た乙のであり、本発明に何等限界をも設定Ｊるものでは
なく、当業名には明らかなように種々変更がありうるも
のＣ゛ある。

［発明の効果］ 前記製氷および冷却システムは、建物空調用の　１６− 主冷却システムどじ−Ｃ１電力使用ピーク時またはピー
ク外の時、ないしその組合せにおいて、それらの期間を
通してＪ：たは第一次的に使用できる。

本システムは、現存の従来型空調システムの補助どして
使用することにより現在の冷却負荷の一部をピーク外期
間に移行する」：うに使用することもできる。本システ
ムはさらに、小型の従来の冷凍システムと組み合せて使
用することよにより空調負荷を平均化するように使用覆
ることができる。

また、本システム（，１、冷却または冷凍を必要とづる
あらゆる工２設備で使用できる。

本発明の製氷装置の１つの利点は、水タンク内に延びる
パイプを使用し氷が当該パイプ上に約１〜３インチの厚
さで出来る従来のものに比べて、より少ない冷媒蒸発表
面積どＪ、り良い熱伝達で製氷ができることである。本
発明の装置の別の重要な特徴は、凍結熱交換器、氷貯蔵
タンク、および熱交換器において同一液体を共通に使用
できることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく装置の第１実施例を示す概略図
。 第２図は本発明にＬ！づく装置の第２実施例を示づ概略
図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）氷貯蔵タンクから水性液イホを取り出し凍結熱交
   換器に供給して冷媒との間接的な熱交換により当該水性
   液体の少なくとも一部を氷に変換し、前記冷凍熱交換器
   から前記氷貯蔵タンクに水性液体と氷の）Ｒ合体を送り
   込んで当該氷貯蔵タンクに氷スラリーど水性液体を供給
   （）、前記氷貯蔵タンクから冷えた水ｉ’［’ｔＱ体を
   取り出し熱交換器に供給して間接的な熱交換により冷加
   用に使用される液体を冷ＩＪ１シ、前記熱交換器から氷
   貯蔵タンクに温まった水性液体を戻し氷どの１８触によ
   って当該湿まった水１１液体を冷却−（ｊることから成
   っている製氷による熱エネルギー貯蔵方法。 （２）水性液体が氷貯蔵タンクから取り出さ４１冷凍熱
   交換器に再循環してさらに氷を＠１造するようになって
   いる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）で冷凍熱交換器が垂直管付多管円筒形凍結熱交換
   器であり、水性液体が管内を流下することによって冷却
   されて氷と４ヱリ、当該氷が小さな結晶として形成され
   るような特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （／ｌ）凍結熱交換器が多管円筒流下液膜式凍結熱交換
   器であり、水性液体のλＩ膜が管内を決手づることによ
   っで冷ノ、Ｉｌされて氷となり、当該氷が小ざな結晶と
   し゛Ｃ形成されるような特許請求の範囲第１ｒｒＪまた
   は第２項に記載の方法。 （５）凍結熱交換器、氷貯蔵タンクおよび熱交換器に供
   給される水性液体が共通の水性液体どじで直接接触しあ
   るいは）史ｖ１？ｌるｊｚうな特許請求の範囲第１項に
   記載のｊノ法。 （６）水性液体供給流入口および水性液体流出口を有す
   る凍結熱交換器、凍結熱交換器に冷媒を供給して当該凍
   結熱交換器に送られる水性液体を間接的に冷却する閉じ
   たループの冷凍手段、氷貯蔵タンク、凍結熱交換器出口
   から水性液体または氷と水性液体どの混合イホを取り出
   し−Ｃ氷貯蔵タンクに送る手段、氷貯蔵タンクから冷え
   た水性液体を取り出し゛Ｃ熱交換器に送り冷！、ｌｌ用
   に使用される流体を冷却２Ｉる一Ｔ段、ａ３　Ｊ、び熱
   交換器から温まった水性液体を取り出し氷貯蔵タンクま
   たは凍結熱交換器ないし部分的に前記氷貯蔵タンクおよ
   び凍結熱交換器の両方に送る手段から成っている装置。 （７）当該装置の凍結熱交換器が胴側にある冷媒によっ
   て冷却される垂直管を有する多管円筒形凍結熱交換器で
   あるようイＴ特許請求の範囲第６項に記載の装置。 （８）氷が小さイｊ結晶どして製造され、氷貯蔵タンク
   の中の氷がスラッジ］またはスラリーであるＪ、うな特
   ８′Ｆ品求の範囲第６項に記載の装置。